Геометрические параметры ступени

Средним диаметром в теории осевых компрессоров принято рассматривать такой (рис.5.1), который делит кольцевую площадь на входе в РК на две равные части:

(5.8)

часто его называют средним геометрическим. Пользуются и понятием среднего арифметического:

(5.9)

Относительный диаметр втулки (втулочное отношение): для первых ступеней многоступенчатых компрессоров в стационарном газотурбостроении d₁ = 0.5 ÷ 0,7, в авиадвигателестроении d₁ = 0,35 ÷ 0,6; для последних ступеней желательно иметь d < 0,85 ÷ 0.9. С повышением быстроходности компрессора d₁ снижается.

Осевые ступени характеризуются также относительным удлинением лопаток РК , где l_р = 0.5(D_к – D_н) – высота рабочей лопатки на входе; b_р–хорда лопатки на среднем диаметре. Удлинение направляющих лопаток . Парусностью рабочих и направляющих лопаток на­зывают и . Парусность больше единицы, т.е. увеличение хорды к периферии, используют для обеспечения оптимальной густоты решетки по всей высоте лопаток. Удлинения желательно иметь в пределах 2,5 ÷ 4,5 для первых ступеней и около 1,5 для последних. Для высоконагруженных ступеней целесообразны удлинения в пределах 1 ÷ 1.5. При выбранном относительном шаге величина удлинения определяет число лопаток. Оптимальный относительный шаг для дозвуковых ступеней = 0,5 ÷ 1,0, а относительная густота = 1 ÷ 2. Для сверхзвуковых ступеней оптимальны более густые решетки.

Характеристики решеток профиля

Типичные про­фили (рис.5.3) имеют средние линии с мало изменяющейся кривизной, часто в виде дуги окружности (в дозвуковых ступенях). Решетка профилей характеризуется: хордой профиля b, шагом t, углом атаки i, углом отставания потока δ,углом изгиба профиля ε.

Рис. 5.3. Геометрические параметры решетки профилей.

Угол атаки i = (где и – соответственно геометри­ческий и поточный углы). Наличие угла отставания потока ε связано с тем обстоятельством, что решетка поворачивает поток на меньший угол, чем ε. Угол ε = . Направление потока за решеткой определяется , .Чем гуще решетка, тем меньше δ. Обычно δ <4 ÷ 6°. Профили характеризуются также координатой максимальной толщины х_c, координатой максимального прогиба средней линии х_f, максимальной толщиной профиля с_тax, углом установки профиля γ_уст. Обычно используют относительные величины , и .

Газовые турбины

Турбина состоит из ряда последовательных ступеней. Каждая ступень включает в себя направляющий аппарат и рабочее колесо. Ступень турбины представляет собой обращенную компрессорную ступень, в которой происходят преобразования энергии обратные протекающим в компрессорной ступени, вследствие чего в лопаточном аппарате турбинной ступени происходит процесс расширения рабочего тела.

Лопатки рабочего колеса, находясь в потоке рабочего тела, движутся с окружной скоростью U. Относительная скорость потока W, определяется из входного треугольника скоростей. На выходе из рабочего колеса поток обладает относительной скоростью W₂. Построение выходного треугольника скоростей позволяет определить выходную скорость С₂, с которой рабочее тело поступает в следующий направляющий аппарат и где происходит дальнейшее преобразование энергии. Снижение абсолютной скорости осуществляется за счет преобразования кинетической энергии потока в механическую. Все углы треугольники скоростей обычно отсчитывают от оси, совпадающей по направлению с вектором окружной скорости. Турбинные ступени подразделяются, как и компрессорные, на два типа: активные и реактивные ступени (степень реактивности определяется аналогично (5.7)). В активной ступени турбины преобразование теплоперепада осущест­вляется в теплообменном аппарате. За оси координат принимается ось A и U – параллельная оси машины рис. 5.4.

Рис. 5.4. Активная ступень турбины.

I - направляющий аппарат; II - рабочее колесо.

Р₀ - Р₂ - изменение давления в ступени; С₀ - С₂ - изменение скорости.

В активных ступенях турбины относительная скорость рабочего тела на вхо­де и выходе по величине не меняется |W₁| = |W₂|. Сила в активной ступени воз­никает вследствие изменения направления движения рабочего тела.

Рис. 5.5. Реактивная ступень турбины.

В реактивной ступени (рис. 5.5) преобразование рабочего тела (изменение давле­ния) осуществляется как в рабочем колесе, так и в направляющем аппарате. И в этом случае вращающий момент создается как вследствие изменения направле­ния движения потока, так и силе реакции из-за изменения давления.